不同的热力学过程系统状态参量之间的函数关系是不同的.准静态过程中,系统状态参量之间的函数关系称为过程方程.理想气体在平衡态下都遵守理想气体物态方程,不同过程的过程方程很容易根据过程特点从理想气体物态方程推导出来.
在等体过程中,体积V 是恒量,根据理想气体物态方程可得等体过程方程为系统的压强和温度呈正比关系,在p-V 图上,等体过程曲线是一条平行于p 轴的线段.
等体过程中理想气体的体积保持不变,dV=0,系统不做功;根据热力学第一定律,由无限小热力学过程关系式(8.5)可得
对有限的等体过程,对上式积分可得
在等体过程中系统不做功,系统吸收的热量全部用来增加系统的内能,或者系统减少的内能以热量的形式全部放出.这就是等体过程系统能量转化的特点.
讨论等体过程的定体摩尔热容.设有1 mol 理想气体在等体过程中所吸收的热量为ΔQV,使气体的温度由T 升高到T+ΔT,则气体的定体摩尔热容为(www.xing528.com)
定体摩尔热容的单位为焦每摩尔开,符号为J/(mol·K).1 mol理想气体当其温度有微小增量dT 时系统所吸收的热量为
在等体过程中,质量为m、摩尔质量为M、定体摩尔热容CV,m恒定的理想气体,当其温度由T1 变为T2 的过程中,系统所吸收的热量可通过积分求得
由式(8.10)可以看出,对一定量的理想气体,内能的增量仅与系统温度的变化有关,考虑到内能是态函数,在任一平衡态系统的内能都可以表达为状态参量的函数,所以计算内能变化的式(8.10)不仅对等体过程成立,对CV,m为常数的任意过程都应成立.也就是说,理想气体内能的改变只与始末状态有关,与状态改变的过程无关,一个热力学系统的不同过程,如果起始和终了状态都相同,那么在这两状态之间理想气体内能的增量就应相等.式(8.10)具有普适意义,若理想气体的定体摩尔热容CV,m已知,即可根据上述公式计算系统内能的变化.
定体摩尔热容CV,m可以根据分子动理论的结果和定体摩尔热容CV,m的定义式(8.8)计算得出,也可通过实验测出,表8.1 给出了几种气体的CV,m的理论值和实验值.
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